面试题：Redis字典的渐进式rehash过程及对性能的影响

Question

当Redis字典的负载因子达到一定阈值时会进行rehash操作，其中渐进式rehash是重要机制。请描述渐进式rehash的具体过程，以及它如何在不影响Redis整体性能的前提下完成字典的扩展或收缩，同时说明可能存在哪些潜在的性能影响及Redis是如何应对的。

Answer 1

渐进式rehash的具体过程

1. 初始化阶段：
   • 当Redis字典的负载因子达到阈值（例如负载因子大于1且字典正在扩展，或负载因子小于0.1且字典正在收缩）时，Redis会为字典分配一个新的哈希表。
   • 此时，字典同时持有新旧两个哈希表，同时设置一个rehashidx属性为0，这个属性用于记录当前rehash的进度。
2. 渐进式迁移阶段：
   • 在进行字典的一些常规操作（如插入、查找、删除等）时，除了执行原本的操作外，还会顺带将旧哈希表中rehashidx索引位置上的所有键值对迁移到新哈希表中。
   • 迁移完成后，rehashidx会自增1。
   • 如此，随着字典操作的不断进行，旧哈希表中的键值对会逐步地被迁移到新哈希表中。
3. 完成阶段：
   • 当rehashidx的值等于旧哈希表的大小，说明旧哈希表中的所有键值对都已迁移到新哈希表，此时释放旧哈希表，将新哈希表设置为当前字典的哈希表，并将rehashidx设为-1，表示rehash操作完成。

如何在不影响Redis整体性能的前提下完成字典的扩展或收缩

1. 分散负载：
   • 渐进式rehash并非一次性将所有键值对从旧哈希表迁移到新哈希表，而是将迁移工作分散到字典的日常操作中。这样就避免了因一次性大量数据迁移而导致的长时间阻塞，保证了Redis对外服务的及时性和连续性。
2. 不阻塞常规操作：
   • 在进行rehash的过程中，Redis的常规操作（如读写数据）仍然可以正常进行。即使在迁移过程中，对于旧哈希表和新哈希表中的键值对，查找操作都能正确处理（先在新哈希表查找，若未找到再在旧哈希表查找），插入和删除操作也能保证数据一致性。

潜在的性能影响及Redis的应对方法

1. 潜在性能影响：
   • 额外内存消耗：在rehash过程中，由于同时存在新旧两个哈希表，会导致额外的内存消耗。
   • 操作延迟增加：虽然每次操作只迁移少量键值对，但随着字典规模增大，每次操作额外的迁移时间可能会累积，导致部分操作延迟略有增加。
2. Redis的应对方法：
   • 内存管理：尽快完成rehash操作以减少额外内存占用时间。一旦负载因子达到阈值，就尽快开始rehash，并在日常操作中积极推进迁移工作。
   • 控制操作延迟：通过合理设置负载因子阈值，避免在字典规模过大时才进行rehash，从而减少每次操作中迁移键值对的数量，控制操作延迟的增加。同时，Redis本身是单线程模型，在单线程环境下，减少了线程切换等开销，也有助于减少性能波动。